馬鈴薯淀粉加工廢水“物化+模塊”處理試驗(yàn)研究

祁煥軍 雷曉婷 雷金銀 王銳 紀(jì)立東 楊洋 周麗娜

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，寧夏銀川 750002）

1 引言

馬鈴薯產(chǎn)業(yè)是寧夏南部山區(qū)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一［1］，具有比較突出的優(yōu)勢和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收作出了重要貢獻(xiàn)。目前，寧南山區(qū)馬鈴薯年種植面積達(dá)到21萬hm2［2］，年產(chǎn)鮮薯200萬t以上，加工各類淀粉制品14萬t以上，已成為全國重要的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)基地［3］。20世紀(jì)90年代初期，馬鈴薯淀粉產(chǎn)業(yè)的興起為山區(qū)農(nóng)民增收提供了新的增長點(diǎn)，有力地拉動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。目前，馬鈴薯淀粉加工業(yè)已成為寧南山區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的龍頭支柱產(chǎn)業(yè)，各淀粉企業(yè)年加工消化馬鈴薯量約占寧南山區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的1/3，產(chǎn)值達(dá)4億多元［4］。然而馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中消耗大量的水，隨之而產(chǎn)生的淀粉加工廢水的污染問題也日益凸現(xiàn)出來，給生態(tài)環(huán)境帶來極大壓力［5］，成為限制加工企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問題。據(jù)測算，每加工生產(chǎn)1 t精淀粉需耗水6 t，按寧南山區(qū)各淀粉企業(yè)年生產(chǎn)淀粉總量7×104t計(jì)算，則年耗水量為4.2×105t。寧南山區(qū)每年排放的淀粉廢水將近3×106t，廢水中含有大量有機(jī)污染物，長期放置會(huì)腐敗發(fā)臭，不但污染環(huán)境還影響周圍居民的正常生活。對馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液進(jìn)行綜合治理及回收利用已刻不容緩。

對馬鈴薯淀粉加工廢水的主要處理方法為物化法和生物組合工藝技術(shù)［6］。物化法主要包括混凝沉淀法、吸附法、中和法、氧化還原法等［7-8］；生物組合工藝技術(shù)主要包括活性污泥法、生物膜法、土壤處理法等［9-10］。朱泉雯等［11］、王應(yīng)平等［12］研究證明，不論是物化法還是生物組合工藝技術(shù)，處理效果均比較好，都能夠達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。但是由于寧南山區(qū)馬鈴薯淀粉加工季節(jié)性強(qiáng)、加工期短，一般在收獲后冬季11—12月和次年的3—4月加工生產(chǎn)，溫度低，導(dǎo)致成熟的廢水處理技術(shù)應(yīng)用起來效果不佳，維護(hù)運(yùn)營費(fèi)用高等問題突出。鑒于此，本文通過“物化＋模塊”的方法，研發(fā)符合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件和馬鈴薯淀粉加工特點(diǎn)的廢水處理工藝和裝置，為進(jìn)一步探索高效、安全、成本低和簡單易行的淀粉廢水處理方法，穩(wěn)固發(fā)展當(dāng)?shù)伛R鈴薯支柱產(chǎn)業(yè)，防止生態(tài)環(huán)境日益惡化，提供科技支撐和技術(shù)裝備。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)規(guī)模

設(shè)備設(shè)計(jì)處理量為1 t/d。

2.2 廢水來源及水質(zhì)

試驗(yàn)場地定在寧南山區(qū)西吉萬里淀粉廠，廢水來自于工藝排放廢水（未經(jīng)任何處理）。廢水水質(zhì)為：COD值20 000～28 000mg/L；BOD5值200～800mg/L；SS值5 000～6 000mg/L。

2.3 分析項(xiàng)目及檢測方法

COD采用重鉻酸鉀氧化法測定；BOD5運(yùn)用五日培養(yǎng)法測定；SS用標(biāo)準(zhǔn)重量法測定。

2.4 工藝流程

工藝流程如圖1所示。設(shè)備設(shè)計(jì)淀粉工藝廢水經(jīng)過圓筒式旋流筒除去部分懸浮物與淀粉，再經(jīng)過過渡池進(jìn)入物化分離裝置，通過加入相關(guān)絮凝劑形成泥水分離的狀態(tài)，然后經(jīng)過好氧凈化裝置的納米級(jí)模塊凈化，處理后的廢水達(dá)到GB 25461—2010《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

圖1 工藝流程

2.5 設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備俯視圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備俯視圖

3 結(jié)果與討論

3.1 處理設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)對比

Guo JY等［13］研究表明，生物法處理效果好、穩(wěn)定，但是存在投資占地大等問題，需要常年持續(xù)維護(hù)生物菌活性，從表1中也可以對比得出相同結(jié)果，且在當(dāng)?shù)氐蜏貤l件下效果嚴(yán)重受限。任婷等［14］研究表明，物化法處理快速、簡單易行，但是絮凝劑投入量大，處理成本太高。結(jié)合寧南山區(qū)冷涼氣候的特點(diǎn)和馬鈴薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生產(chǎn)的實(shí)際，在現(xiàn)有處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出“物化＋模塊”的方法，將處理過程模塊化，在前期快速除渣的基礎(chǔ)上，再絮凝分離，最后通過好氧納米膜過濾凈化，使水質(zhì)可達(dá)到旱作農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。不僅突出了快速、靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)勢，而且保證了使用周期長，一般膜材料可用10年以上，有效降低了處理、運(yùn)行、維護(hù)成本。

表1 不同廢水處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比分析

3.2 廢水處理效果分析

取樣分析“物化＋模塊”處理方法各處理階段的水質(zhì)指標(biāo)，見表2。

表2 設(shè)備各個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)COD，BOD5，SS值檢測結(jié)果

由表2可知，通過旋流塔實(shí)現(xiàn)快速除渣，去除率可達(dá)65%以上，在此基礎(chǔ)上，通過物化分離，去除率達(dá)90%以上。通過好氧納米膜過濾，去除率達(dá)到99%以上，最后處理出水COD為128.8 mg/L，BOD5為7.2mg/L，SS為98.6mg/L，各指標(biāo)達(dá)到了GB 25461—2010《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，見表3。

表3 淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn) mg/L

4 結(jié)論

采用“物化＋模塊”方法不受溫度、時(shí)間的影響，投資較低，設(shè)備簡單，處理效果顯著，處理后的廢水COD值降至128.8 mg/L，去除率超過99%，廢水BOD5值降至7.2 mg/L，去除率超過98.6%，SS的去除率達(dá)到了98.6%，去除效果好，廢水水質(zhì)達(dá)到GB 25461—2010《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。研究結(jié)果表明，該工藝符合寧夏南部山區(qū)低溫氣候條件和馬鈴薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生產(chǎn)的實(shí)際情況。